Projektbeschreibung
Der Weg der Quantensimulation vom Reich der Teilchenbeschleuniger hin zu Tischgeräten
Simulationen, das heißt die Annäherung von realen Szenarien, sind in zahllosen Bereichen von unerlässlicher Wichtigkeit, sei es in der Luftfahrt und der Medizin, bei der Bekämpfung des Klimawandels oder an der Börse. Mithilfe von Simulationen können virtuelle „Experimente“ durchgeführt werden, die in realen Umfeldern zu kostspielig, zeitaufwendig, gefährlich oder sogar unmöglich wären. In der Welt der Quantenmechanik kann die klassische Physik das Wesen und Verhalten von Materie und Energie auf der atomaren und subatomaren Ebene nicht erklären. Gegenwärtig sind Hochenergiebeschleuniger, in denen oft extreme Temperaturen herrschen, die einzige Möglichkeit, Quantenverhalten zu untersuchen. Wenn es möglich wäre, einen labortauglichen, kompakten photonisch-elektronischen Quantensimulator auf Siliziumbasis zu entwickeln, der bei Raumtemperatur betrieben werden kann, könnte dies unser Verständnis der Quantenwelt revolutionieren und zu rasanten und weitreichenden Innovationen führen. Genau dieses Unterfangen steht im Mittelpunkt der Forschung des EU-finanzierten Projekts EPIQUS.
Ziel
EPIQUS aims to demonstrate a cheap, easy-to-use, performant Quantum Simulator (QS) based on full integration of silicon nitride photonics with silicon electronics. The core objective of EPIQUS is to set a cornerstone technology – demonstrate the first breakthrough device - which will simulate quantum mechanical problems in a compact device operating at ambient temperatures. Our vision is to develop a Quantum Simulator by bringing onto a unique semiconductor platform the mature silicon microelectronic (CMOS, digital) and the silicon nitride quantum micro-photonic functionalities. Within EPIQUS we will develop a 3D-integrated quantum simulator hardware, where (1) a photonic quantum interference circuit, hosting (1a) scalable entangled photon sources (pumped by a NIR pulsed diode laser to produce on-chip photon pairs via nonlinear four wave mixing), (1b) the state preparation stage and (1c) the 16 qubit reconfigurable quantum interference circuit, will be monolithically integrated on the same Si chip with (2) scalable arrays of single photon avalanche detectors (Silicon SPADs) operating at ~ 850nm and at room temperatures. Around this, our consortium will build an integrated system, in which on the “software level” a quantum algorithm will sustain the quantum simulation results from the hardware. In this last, a custom Analog chip will control the QS module by managing the pulsed pump laser, phase shifters (needed to reconfigure the QS) and the SPADs in order to control actively the quantum optical circuit. Finally, the output data will be handled by the digital chip to feed the software algorithm. EPIQUS will envision scalability up to 50 qubits using the proposed breakthrough technology. The EPIQUS consortium will be based on several groups from EU countries and one non-EU partner with diverse expertise, ranging from material, device, photonic and electronic circuit engineering, microfabrication technology, quantum optics and spectroscopy, information technologies.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencescomputer and information sciencessoftware
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwarequantum computers
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistrymetalloids
- natural sciencesphysical sciencesopticslaser physics
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01
Finanzierungsplan
RIA - Research and Innovation actionKoordinator
38122 Trento
Italien